基于情境的“四層”考查引導(dǎo)高中生物學(xué)教學(xué)

摘 要：本文基于2023年山東省生物學(xué)等級(jí)考試第22題，探討了高中生物學(xué)教學(xué)中的“四層”考查模式，強(qiáng)調(diào)了情境化教學(xué)、知識(shí)聯(lián)系和實(shí)驗(yàn)分析，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。試題設(shè)計(jì)關(guān)注糖尿病與健康問題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生命健康，培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)新精神，為高中生物學(xué)教學(xué)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：“四層”考查模式；試題設(shè)計(jì)；生命健康

文章編號(hào)：1003-7586（2024）06-0069-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 原題呈現(xiàn)

研究顯示，糖尿病患者由于大腦海馬神經(jīng)元中蛋白Tau過度磷酸化，導(dǎo)致記憶力減退。細(xì)胞自噬能促進(jìn)過度磷酸化的蛋白Tau降解，該過程受蛋白激酶cPKCγ的調(diào)控。為探究相關(guān)機(jī)理，以小鼠等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為材料進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)Ⅰ：探究高糖環(huán)境和蛋白激酶cPKCγ對(duì)離體小鼠海馬神經(jīng)元自噬的影響。配制含有5 mmol/L葡萄糖的培養(yǎng)液模擬正常小鼠的體液環(huán)境。將各組細(xì)胞分別置于等量培養(yǎng)液中，A組培養(yǎng)液不處理，B組培養(yǎng)液中加入75 mmol/L的X試劑1 mL，C組培養(yǎng)液中加入75 mmol/L葡萄糖溶液1 mL。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖甲所示。

實(shí)驗(yàn)Ⅱ：通過水迷宮實(shí)驗(yàn)檢測(cè)小鼠的記憶能力，連續(xù)5天測(cè)量4組小鼠的逃避潛伏期，結(jié)果如圖乙所示。逃避潛伏期與記憶能力呈負(fù)相關(guān)，實(shí)驗(yàn)中的糖尿病記憶力減退模型小鼠（TD小鼠）通過注射藥物STZ制備。

（1）人體中血糖的來源有________（答出2個(gè)方面的來源即可）。已知STZ是通過破壞某種細(xì)胞引起了小鼠血糖升高，據(jù)此推測(cè)，這種細(xì)胞是________。

（2）實(shí)驗(yàn)Ⅰ的C組中，在含5 mmol/L葡萄糖的培養(yǎng)液中加入75 mmo/L葡萄糖溶液后，細(xì)胞吸水、體積變大，說明加入該濃度葡萄糖溶液后培養(yǎng)液的滲透壓________（填“升高”或“降低”），B組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可說明滲透壓的變化對(duì)C組結(jié)果________（填“有”或“沒有”）干擾。圖甲中A組和C組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明蛋白激酶cPKCγ對(duì)海馬神經(jīng)元自噬水平的影響是________。

（3）圖乙中a、b兩條曲線所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分別是________（填標(biāo)號(hào)）。

①正常小鼠 ②敲除cPKCγ基因的小鼠

③TD小鼠 ④敲除cPKCγ基因的TD小鼠

（4）對(duì)TD小鼠進(jìn)行干預(yù)后，小鼠的記憶能力得到顯著提高。基于本研究，寫出2種可能的干預(yù)思路：________。

參考答案：（1）食物中糖類的消化吸收、肝糖原分解、脂肪等非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化 胰島B細(xì)胞或胰島β細(xì)胞 （2）降低 沒有 在葡萄糖濃度正常時(shí)，蛋白激酶cPKCr對(duì)自噬水平無明顯影響；在高濃度葡萄糖條件下，蛋白激酶cPKCr能提高細(xì)胞自噬水平 （3）④、③或4、3 （4）抑制Tau磷酸化；提高蛋白激酶cPKCr的活性；降低血糖；提高自噬水平；注射胰島素；等等

2 答案分析

第（1）小題主要考查學(xué)生依據(jù)已有生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析判斷的能力，涉及血糖的來源和利用、胰島素的生理作用、胰島B細(xì)胞的作用等必備知識(shí)，要求學(xué)生運(yùn)用“結(jié)構(gòu)與功能觀”及“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”理解學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求，體現(xiàn)考查的基礎(chǔ)性，達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一、二級(jí)水平。

第（2）小題要求學(xué)生根據(jù)題干信息進(jìn)行分析推理，通過比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出科學(xué)結(jié)論；主要考查學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用科學(xué)思維中的因果邏輯關(guān)系進(jìn)行推理演繹的能力，體現(xiàn)了對(duì)科學(xué)思維和規(guī)范表達(dá)能力的考查，達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的三、四級(jí)水平。

第（3）小題的設(shè)問是水迷宮實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新情境下，對(duì)小鼠的記憶能力檢測(cè)結(jié)果的分析，要求從四個(gè)不同處理的小組入手，分析逃逸潛伏期坐標(biāo)曲線；主要考查學(xué)生的創(chuàng)新性思維和科學(xué)探究能力，需要學(xué)生綜合運(yùn)用理解能力、分析推理能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力，體現(xiàn)綜合性、應(yīng)用性與創(chuàng)新性，達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的三、四級(jí)水平。

第（4）小題是開放性設(shè)問，考查學(xué)生的發(fā)散性思維、結(jié)構(gòu)化思維、批判性思維和創(chuàng)新性思維，達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的四級(jí)水平。

3 試題特點(diǎn)及啟示

3.1 創(chuàng)設(shè)情境載體，落實(shí)高考評(píng)價(jià)體系精神

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》要求高考全面推行情境命題，豐富材料，加強(qiáng)情境的新穎性、靈活性、探究性和開放性，強(qiáng)化高考的價(jià)值引領(lǐng)作用，促進(jìn)學(xué)生德智體美勞的全面發(fā)展。試題素材應(yīng)貼近學(xué)生生活實(shí)際，以真實(shí)問題情境組織命題，注重考查學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決問題的能力。

本題中糖尿病患者由于大腦海馬神經(jīng)元中蛋白Tau過度磷酸化，導(dǎo)致記憶力減退，試題情境的研究選取自Zheng（2022）的研究。^［1］試題將復(fù)雜的專業(yè)性詞匯和圖表進(jìn)行加工處理，將科學(xué)研究復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程刪繁就簡(jiǎn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化為高中學(xué)生能讀懂的柱形圖與曲線圖，符合高中生對(duì)實(shí)驗(yàn)分析的認(rèn)知水平。試題明確了探究高糖環(huán)境和蛋白激酶cPKCγ對(duì)離體小鼠海馬神經(jīng)元自噬的影響的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模龑?dǎo)學(xué)生關(guān)注糖尿病對(duì)人類健康的影響，養(yǎng)成積極健康的生活方式，樹立珍愛健康、遠(yuǎn)離疾病的生命觀念，實(shí)現(xiàn)了基于情境的“四層”考查。

試題通過對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，考查學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力以及用科學(xué)規(guī)范的語(yǔ)言表達(dá)自己思維觀點(diǎn)的能力。對(duì)糖尿病記憶力減退模型鼠進(jìn)行干預(yù)，檢測(cè)學(xué)生解決問題的科學(xué)創(chuàng)新能力，體現(xiàn)了試題立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)的核心功能。

3.2 落實(shí)必備知識(shí)，重視生物學(xué)概念教學(xué)

生物學(xué)課堂應(yīng)該把握基礎(chǔ)，落實(shí)概念教學(xué)，從知識(shí)性生物學(xué)概念入手，歸納總結(jié)，理解事實(shí)性的生物學(xué)概念，形成次位概念，進(jìn)一步建立重要概念與大概念，最終指向生命觀念。學(xué)生高中階段學(xué)習(xí)的知識(shí)儲(chǔ)備中的基礎(chǔ)性、通用性知識(shí)，是學(xué)生終身學(xué)習(xí)所必須掌握的。第（1）小題設(shè)問人體中血糖的來源，調(diào)節(jié)血糖的激素和對(duì)應(yīng)的胰島細(xì)胞，考查學(xué)生對(duì)血糖來源和利用途徑的掌握情況，胰高血糖素和胰島素的功能和其對(duì)應(yīng)的分泌細(xì)胞胰島A細(xì)胞和胰島B細(xì)胞。由此引導(dǎo)學(xué)生推測(cè)，藥物STZ通過破壞胰島B細(xì)胞引起小鼠血糖升高。

3.3 培養(yǎng)關(guān)鍵能力，加強(qiáng)科學(xué)思維訓(xùn)練

“四層”考查要求中的關(guān)鍵能力指學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力，強(qiáng)調(diào)獨(dú)立思考、分析問題、解決問題、交流合作等學(xué)生適應(yīng)社會(huì)至關(guān)重要的能力。試題提供了復(fù)雜但新穎、真實(shí)的情境，考查學(xué)生知識(shí)獲取能力群、實(shí)踐操作能力群、思維認(rèn)知能力群。第（2）小題第一空從實(shí)驗(yàn)結(jié)果角度設(shè)問，學(xué)生必須具有獲取題干信息及邏輯推理的能力，從而確定細(xì)胞吸水膨脹是培養(yǎng)液滲透壓降低導(dǎo)致的；第二空通過比較B組實(shí)驗(yàn)結(jié)果與C組結(jié)果，說明了滲透壓的變化為無關(guān)變量，對(duì)C組結(jié)果沒有干擾；第三空綜合性更強(qiáng)，考查了學(xué)生的識(shí)圖能力、獲取信息能力、分析問題能力和解決問題能力，要求學(xué)生結(jié)合題干信息找到題目中實(shí)驗(yàn)的變量與無關(guān)變量，厘清實(shí)驗(yàn)思路，并能夠科學(xué)規(guī)范、準(zhǔn)確全面地組織語(yǔ)言表達(dá)。學(xué)生結(jié)合第一空和第二空提供的依據(jù)，形成自己的判斷進(jìn)而推測(cè)最終實(shí)驗(yàn)的結(jié)論： 在葡萄糖濃度正常時(shí)，蛋白激酶cPKCγ對(duì)自噬水平無明顯影響；在高濃度葡萄糖條件下，蛋白激酶cPKCγ能提高細(xì)胞自噬水平。

3.4 培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)，改進(jìn)課堂教學(xué)方式

學(xué)科核心素養(yǎng)要求學(xué)生具有扎實(shí)的學(xué)科觀念和寬闊的學(xué)科視野，能夠在不同情境下綜合利用所學(xué)知識(shí)和技能處理復(fù)雜任務(wù)。第（3）小題從四個(gè)不同處理的小組入手，分析逃逸潛伏期坐標(biāo)曲線。通過與正常小鼠進(jìn)行比較，可以得出d線對(duì)應(yīng)①正常小鼠，c線對(duì)應(yīng)②敲除cPKCγ基因的小鼠，敲除cPKCγ基因的TD小鼠細(xì)胞自噬水平降低，大腦海馬神經(jīng)元中蛋白Tau過度磷酸化，導(dǎo)致記憶力減退加劇，推測(cè)神經(jīng)細(xì)胞a線對(duì)應(yīng)④敲除cPKCγ基因的TD小鼠，b線對(duì)應(yīng)③TD小鼠。

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)習(xí)逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。例題的問題設(shè)置對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的深度提出了更高的要求。教師應(yīng)有意識(shí)地主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行必備知識(shí)的構(gòu)建和關(guān)鍵能力的訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨改進(jìn)課堂教學(xué)方式。

3.5 彰顯核心價(jià)值，體現(xiàn)立德樹人目標(biāo)

第（4）小題是開放性設(shè)問，考查學(xué)生的發(fā)散性思維、結(jié)構(gòu)化思維和創(chuàng)新性思維。對(duì)TD小鼠進(jìn)行干預(yù)后，小鼠的記憶能力得到顯著提高。教師可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)構(gòu)化為內(nèi)因干預(yù)和外因干預(yù)。內(nèi)因干預(yù)包括抑制Tau磷酸化、提高蛋白激酶cPKCγ的活性、促進(jìn)蛋白激酶cPKCγ基因過量表達(dá)、提高自噬水平等。外因干預(yù)包括降低血糖、注射胰島素、修復(fù)胰島B細(xì)胞等。

例題設(shè)置新穎的試題呈現(xiàn)層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣、螺旋上升的方式和設(shè)問方式，考查學(xué)生在新穎或陌生情境中主動(dòng)思考、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。試題中的糖尿病引發(fā)記憶力減退的情境能夠激發(fā)學(xué)生關(guān)注健康、遠(yuǎn)離疾病的生命觀念，從而主動(dòng)向他人宣傳關(guān)愛生命的觀念和知識(shí)，崇尚健康文明的生活方式，成為健康中國(guó)的促進(jìn)者和實(shí)踐者。

參考文獻(xiàn)

［1］ZHENG J Y， WANG Y， LIU Y， et al.cPKCγ Deficiency exacerbates autophagy impairment and hyperphosphorylated tau buildup through the AMPK/mTOR pathway in mice with type I diabetes mellitus［J］. Neuroscience Bulletin，2022，38（10）：1153-1169.